Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Франсуа Жакоб заметил, что любое объяснение, будь оно мифологическим, магическим или научным, основано на одном и том же принципе. Говоря словами Жана Перрена, люди всегда пытаются "объяснить сложное видимое через что-то простое невидимое". Я бы возразил, что революция в нашем представлении о развитии животных стала возможна по той причине, что мы смогли сделать еще один шаг — мы сделали "простое невидимое" видимым. Возможность видеть полосы, пятна, линии и другие рисунки, которые соответствуют зонам экспрессии генов развития и в точности предсказывают будущее положение и форму сегментов, органов и других частей эмбриона, подарила нам много открытий, сделавших роль генов в процессах развития кристально ясной. Полосы, ограничивающие будущие сегменты, пятна, соответствующие зонам организующей активности, а также другие рисунки, отмечающие положение костей, суставов, мышц, органов, конечностей и др., — все это связывает невидимые гены с созданием видимой формы.

Более того, ставший видимым порядок действия генов развития животных оказался абсолютно логичным. Как при строительстве зданий, где есть определенная последовательность работ (закладка фундамента, возведение несущих стен и балок, укладка полов, размещение основных труб, проводов и перегородок), так и при сборке животного сначала выстраивается общий план и лишь в конце прорабатываются детали. Логика этого процесса объясняет, как мутации генов развития могут привести к появлению ужасных монстров. Если какая-то стадия работы пропущена, все зависящие от нее стадии протекают не так, как положено.

Я уже говорил, что функции отдельных генов развития легко понять, если проследить за их работой, и привел множество простых примеров. Однако создание целого животного — это действительно сложный процесс. Эта сложность является результатом одновременного и последовательного действия многих генов развития — десятков генов, работающих в одном и том же месте в одно и то же время, значительно большего числа генов, действующих в одно и то же время в разных местах, и сотен генов, действующих последовательно по ходу развития эмбриона. Именно цепи параллельных и последовательных операций позволяют создать сложный организм.

Теперь, когда вы пристально рассмотрели работу генов развития, имеет смысл задуматься о цепочках, которые образуют работающие гены. Как отдельные звенья цепи связаны между собой? Откуда гены узнают о том, в каком порядке, где и когда им следует включаться?

В создании животного принимает участие еще одна группа генетических невидимок — маленьких ДНК-устройств, определяющих время и место активации генов. В следующей главе я расскажу об этих удивительных маленьких устройствах в геноме, которые определяют изумительный рисунок экспрессии генов, связывают между собой цепи генов развития и обеспечивают сложность и разнообразие строения животных.

Темная материя Вселенной и генома. Вверху: фотография галактического кластера CL0024+1654; темная материя выглядит как мутное пятно в центре снимка. Внизу: микрочип, содержащий геномную ДНК дрозофилы; светлые пятна соответствуют ДНК, кодирующей различные гены, темные пятна соответствуют некодирующей ДНК. Верхняя фотография предоставлена Европейским космическим агентством, NASA и Жан-Полем Крейбом (обсерватории Миди-Пиренеи (Франция)/Калтех (США)). Нижняя фотография предоставлена Томом Джинджерсом и компанией Affymetrix.

Глава 5. Темная материя генома: инструкции к набору генов развития

Со звездного неба до нас доходит лишь слабый свет. Но чего бы достигла человеческая мысль, если бы мы не могли видеть звезды?

Жан Перрен

Представьте себе на минуточку процесс развития с позиции эмбриона: какая именно работа стоит за всеми клеточными делениями и перемещениями, за созданием зародышевых листков, сегментов и частей тела. Мы только что увидели логические стадии процесса развития, но где инструкции для выполнения каждой стадии? Почему широкие полоски образуются раньше узких, а положение одних костей определяется раньше положения других? И почему одни кости длинные и тонкие, а другие короткие и толстые? Откуда гены развития знают, где и когда им следует включаться, чтобы сформировать эмбрион? Где хранятся инструкции по работе генов развития?